2.2 Последовательный аналого-цифровой преобразователь со ступенчатым пилообразным напряжением

Структурная схема преобразователя данного типа приведена на рисунке 5, а.

Тактовым импульсом (ТИ) счетчик Сч сбрасывается в нулевое состояние. Нулевое напряжение U_oc = 0 возникает на выходе ЦАП, преобразующего число счетчика в пропорциональное напряжение. Устанавливается неравенство U_вх > U_ос при котором компаратор К подает на вход элемента И уровень логической "1". При этом импульсы генератора импульсной последовательности ГИП проходят через элемент И на вход счетчика.

Каждый поступивший на вход счетчика импульс вызывает увеличение хранившегося в нем числа на единицу, на одну элементарную ступеньку напряжение возрастает на выходе ЦАП. Таким образом, напряжение U_ос растет по ступенчатому закону, как показано на рисунке 5, б.

В момент времени, когда напряжение U_ос достигает уровня, превышающего U_вх, компаратор выдает уровень логического "0", и в дальнейшем прекращается доступ импульсов генератора в счетчик. Полученное к этому моменту времени в счетчике число пропорционально напряжению U_вx.

Рисунок 5 – Схема последовательного АЦП со ступенчатым пилообразным напряжением (а) и диаграмма его работы (б)

2.3 Аналого-цифровой преобразователь следящего типа

Рассмотренный выше тип АЦП работает в циклическом режиме. В нем каждый очередной тактовый импульс устанавливает преобразователь в исходное состояние, после чего начинается процесс преобразования. Быстродействие такого преобразователя ограничивается, главным образом, быстродействием счетчика (а именно, быстродействием триггеров его младших разрядов, в которых переключение происходит с высокой частотой).

На практике часто используется нециклический преобразователь, структурная схема которого представлена на рисунке 6, а.

Рисунок 6 – Схема АЦП следящего типа (а) и диаграмма

его работы (б)

Эта схема отличается от схемы преобразователя предыдущего типа тем, что в ней используется реверсивный счетчик Сч, управляемый сигналами с выхода компаратора К. При U_вх > U_ос счетчик устанавливается в режим прямого счета, поступающие на вход импульсы генератора ГИП последовательно увеличивают в нем число, растет напряжение U_ос, до уровня напряжения U_вх. При U_вх < U_ос счетчик переводится в режим обратного счета, при котором убывает число в счетчике и, следовательно, убывает напряжение U_ос, пока не будет достигнуто значение U_вх.

Таким образом, все происходящие во времени изменения напряжения U_вх отслеживаются напряжением U_ос на выходе ЦАП.

В необходимые моменты времени с выхода счетчика могут сниматься числа, пропорциональные значениям U_вх.

2.4 Аналого-цифровой преобразователь параллельного типа

Диаграмма работы АЦП параллельного типа представлена на рисунке 7, схема АЦП представлена на рисунке 8

Рисунок 7 – Диаграмма работы работы АЦП параллельного типа

Рисунок 8 – Схема АЦП параллельного типа

АЦП параллельного типа содержит делитель, состоящий из набора последовательно включенных резисторов с одинаковым сопротивлением R, компараторов К и кодирующей логики. На один из входов каждого компаратора подается опорное напряжение U_оп, снимаемое с делителя, причем эти напряжения отличаются друг от друга на величину ∆ U (см. рисунок 7). Вторые входы компараторов объединены и на них подано входное напряжение U_вх. Работу АЦП данного типа можно рассмотреть по диаграмме, изображенной на рисунке 7. При достижении входным напряжением значения опорного напряжения первого компаратора U₁ (момент времени t₁) последний срабатывает и подает сигнал активного уровня со своего выхода на первый вход устройства кодирующей логики, на выходе которого при этом появляется число "1" в двоичном коде. При дальнейшем возрастании входного напряжения в момент времени t₂ сработает второй компаратор и на выходе АЦП появится "2" и т.д. В данном случае значение ∆ U представляет собой шаг квантования.

Для реализации вышеописанного в качестве устройства кодирующей логики нужно применить двоичный шифратор с приоритетом старшего входа.

Содержание отчёта:

Отчёт должен содержать расчётную часть АЦП, и обоснование выбора одного из трёх типов предложенных АЦП, при этом выбранный АЦП должен удовлетворять выходным параметрам СВХ. В отчёте также должна присутствовать схема уровней квантования для выданного задания и диаграмма работы АЦП на данном участке.

Контрольные вопрпосы:

1. Для чего необходим АЦП?

2. Какие три основных операции лежат в основе принципа работы АЦП?

3. Три основных типа схемы АЦП, принцип их работы?

4. Возможно-ли подключить АЦП напрямую к аналоговому датчику без использования схемы УВХ?

Приложение 1.

Варианты заданий:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Приложение 2.

Микросхемы АЦП